DTMF(デュアルトーン多重周波数)

DTMFとは?

デュアルトーン多重周波数(DTMF)は、通信ネットワークやデジタル通信プラットフォームで使用される信号技術です。キーパッドの各キーを押すと、「低周波」グループと「高周波」グループからそれぞれ1つずつ、合計2つの音声周波数の独特な組み合わせが送信されます。これらのトーンは、電話をかけたり自動システムを操作したりする際に聞こえる音声ビープ音です。DTMFにより、人間と機械の両方がコマンドを伝達し、通話をルーティングし、データを安全に入力することができます。

日常的な文脈: 電話のキーパッドで数字を押してメニューを操作したり、テレフォンバンキングでPINを入力したりすると、DTMFトーンが生成されます。IVR(自動音声応答)やチャットボットなどの自動システムは、これらのトーンを検出して入力を処理します。

DTMFの仕組み

周波数マトリックスとキーパッドマッピング

DTMFは、各ボタンを押すたびに2つの特定の周波数をペアにすることで動作します。電話のキーパッドはマトリックス状に配置されています:

行: 各行に低周波数が割り当てられています(697 Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz)
列: 各列に高周波数が割り当てられています(1209 Hz、1336 Hz、1477 Hz、A-Dキー用の1633 Hz)

技術的メカニズム: キーが押されると、電子回路は2つのトーンを生成します:1つは行(低周波グループ)から、もう1つは列(高周波グループ)からです。結果として得られる信号は、これら2つの周波数の組み合わせであり、単一の音声信号として音声チャネルを介して送信されます。受信側のデコーダーはトーンを分離し、押されたキーを識別します。

なぜ2つのトーン? 各キーに2つの同時周波数を使用することで、ランダムな音や人間の声がコマンドを誤って発動することがほぼ不可能になり、信頼性とセキュリティが確保されます。

DTMF周波数表

標準12キーDTMFキーパッド周波数マッピング(ITU-T Q.23):

	1209 Hz	1336 Hz	1477 Hz
697 Hz	1	2	3
770 Hz	4	5	6
852 Hz	7	8	9
941 Hz	*	0	#

拡張16キー(A–D)キーパッド:

	1209 Hz	1336 Hz	1477 Hz	1633 Hz
697 Hz	1	2	3	A
770 Hz	4	5	6	B
852 Hz	7	8	9	C
941 Hz	*	0	#	D

歴史的背景

パルスダイヤルからの置き換え

DTMF以前、電話システムはパルスダイヤル(ループ断続)を使用していました。これはダイヤル式電話機でローカルループの電流を断続的に遮断する方式でした。各数字は特定の回数の急速な回線遮断で表現されていました。

制限事項:

ダイヤルが遅く、特に大きい数字では顕著
直接的な金属リンクに限定され、長距離では信頼性が低い
機械部品のため、より複雑で信頼性が低い

DTMFは1963年にBell System(「Touch-Tone」として販売)によって導入され、ダイヤル速度を向上させ、自動化を可能にし、新しいサービスをサポートしました。最初の公衆プッシュボタン電話は1963年11月18日に利用可能になりました。

応用と使用例

カスタマーサービスとコールセンター

自動音声応答(IVR): 発信者は番号を押してオプションを選択し、自動メニューと対話します(「アカウント情報は1を押してください」)。
機密情報の入力: アカウント番号、PIN、注文番号などをキーパッド経由で入力し、安全に処理します。
通話ルーティング: DTMF信号により、通話を適切な部門や担当者に振り分けます。

その他のDTMF使用例

テレフォンバンキング: DTMFトーンでバンキングメニューを操作し、取引を処理します。
リモートシステム制御: 技術者が電話回線を介してゲート、アラーム、機器を制御します。
ボイスメールナビゲーション: ユーザーはキーパッドの数字を押してボイスメールを管理します。
電話会議: 参加者はDTMFを使用して、電話会議中にミュート/ミュート解除、録音、またはアクションを開始します。
アマチュア無線: DTMFで無線中継器やリモート機器を制御します。
クレジットカード処理: 公衆電話やIVRシステムがDTMFを使用して安全にカードデータを送信します。
ホームオートメーション: レガシーシステムが電話回線経由のリモート制御にDTMFを使用します。

現代(VoIP/デジタル)システムとレガシーシステムにおけるDTMF

レガシー(アナログ)システム

DTMFはアナログ音声信号として生成され、公衆交換電話網(PSTN)を介して送信されます。電話交換機がトーンをデコードして入力を解釈します。

デジタルおよびVoIP(Voice over IP)システム

現代のVoIPネットワークは、ネイティブにアナログDTMFトーンを送信しません。DTMF信号は次のように送信される場合があります:

インバンド: 音声ストリーム内の音声トーンとして(例:RTP)
アウトオブバンド: シグナリングプロトコル内のデジタルイベントとして(例:SIP INFO、RFC 2833/4733、KPML)

相互運用性: VoIPプラットフォームは、レガシーシステムと現在のデジタルシステムの両方と互換性のある形式でDTMF信号を中継する必要があります。

モバイル(携帯)電話: 現代のモバイルデバイスはダイヤルした番号をデジタルで送信しますが、通話中のメニュー操作のためにDTMFトーンを生成できます。

DTMFの技術標準

ITU-T Q.23とキーパッドマッピング

ITU-T勧告Q.23: DTMFシグナリングの周波数ペア、トーン持続時間、キーパッドレイアウトを定義し、一貫したグローバルシグナリングを保証します。

RFC 2833/4733: VoIPにおけるDTMFリレー(テレフォニーイベント用のRTPペイロード)を規定します。

SIP INFO/KPML: SIP環境におけるDTMFシグナリングの代替方法です。

DTMFシグナリング:インバンド vs. アウトオブバンド

インバンドシグナリング: DTMFトーンが音声オーディオと同じチャネルで可聴信号として送信されます(PSTN、アナログ、一部のVoIP RTPストリーム)。すべての参加者がトーンを聞くことができます。

アウトオブバンドシグナリング: DTMF桁が音声チャネルの外でデジタル的に送信され、シグナリングプロトコルを使用します(例:SIP INFO、RFC 2833/4733)。

セキュリティ注意: インバンドは傍受や詐欺の影響を受けやすく、デジタルネットワークでの安全で信頼性の高い送信にはアウトオブバンドが推奨されます。

DTMF、AIチャットボット、自動化

DTMFにより、キーパッド入力を介して自動システム(IVR、チャットボット、仮想エージェント)との直接的な対話が可能になります。AI搭載プラットフォームはDTMFを検出してメニュー選択を処理し、データを収集し、通話をルーティングします。

利点:

より高速なメニューナビゲーション
騒音環境での音声認識と比較してエラーが少ない
機密データ(PIN、カード番号)を声に出さずに安全に入力
ライブエージェントの関与を減らすことで運用コストを削減

DTMFとPCI DSS準拠

DTMFマスキングが重要な理由: 顧客が電話のキーパッドを使用して支払いカード情報を入力すると、結果として生じるDTMF信号が通話録音やエージェントによって捕捉される可能性があり、セキュリティとコンプライアンスのリスクとなります。

DTMFマスキングは、DTMFトーンがエージェントや録音に到達する前に傍受して隠蔽し、トーンをアスタリスクに置き換えるか空白にします。これにより、コンタクトセンターがPCI DSSスコープから外れ、機密データの露出を防ぎます。

利点:

詐欺リスクの軽減
PCI DSS準拠の簡素化
顧客信頼の向上
録音を一時停止せずにエージェント支援またはIVR決済フローを実現

仕組み: リアルタイム傍受:顧客が桁を入力すると、システムはトーンを検出し、エージェントや録音に到達する前に削除します。マスキングはオンプレミスとクラウドベースの両方のコンタクトセンターで利用可能で、SIP/ISDNインフラストラクチャ全体で機能します。

例と実用的なシナリオ

IVRメニューナビゲーション: 「口座残高は1を、取引履歴は2を、担当者と話すには3を押してください。」システムは「1」のDTMFを検出し、通話をルーティングします。

安全な支払い入力: 顧客が電話のキーパッドを使用してクレジットカード番号を入力します。DTMFトーンはマスキングされ、安全に処理されます。

電話会議制御: ホストが「*5」を押してすべての参加者をミュートします。システムはDTMFを検出してコマンドを実行します。

リモートアクセス: 施設管理者がセキュリティシステムに電話し、DTMF経由でコードを入力してリモートゲートを開きます。

アマチュア無線中継器の起動: オペレーターがDTMFシーケンスを送信して中継器を起動したり機器を制御したりします。